基于認知負荷理論的小學數學

沈佳慧+張云飛

摘要：認知負荷理論認為高效的課堂教學需要考量學生工作記憶的容量閾值。在數學課堂教學中，圖式學習使學生在模仿與領悟中探索出規律降低記憶加工中的無意義環節，從而降低認知負荷，使學生關注到問題的深層表征問題。根據學生的個體差異，采取不同能夠調節其認知負荷的策略可實現課堂效率最大程度發展。本文基于認知負荷理論，闡述在數學課堂教學中如何減輕學生的認知負荷，實現小學數學課堂教學效益合理最大化。

關鍵詞：認知負荷；小學數學；課堂教學；策略

前言

隨著新課程改革的推進和深入，課堂的有效性教學日益受到關注。因課堂中學生學習效率低下，超出認知負荷范圍，教師重復作業的頻率居高不下，這種現象屢見不鮮。因此，建立課堂高效的教學策略對培養學生的全方面發展具有理論和現實意義。

一、 認知負荷理論簡介

（一） 認知負荷的來源

馬克斯、庫珀和斯威勒曾指出，面對已知既定的認知任務，個體產生的認知負荷主要來自以下三個方面：一是學習材料的性質，二是學習材料的呈現方式，三則是學習者的已有經驗。

（二） 三類認知負荷

根據其來源及是否有助于圖式的建構，認知負荷理論者把認知負荷分為內在認知負荷、外在認知負荷和關聯認知負荷三類。

1. 內在認知負荷（Intrinsic cognitive load）指由學習材料的不同難度水平所帶來的負荷。

2. 外在認知負荷（Extraneouscognitive load）指干擾圖式的獲得和自動化時的不必要的認知負荷。

3. 關聯認知負荷（Germane cognitiveload）是指在建構圖式時不是必須但投入之后又有利于圖式建構的認知負荷。

（三） 認知負荷之間的關系

認知負荷理論者認為，上述的三種認知負荷可以相互累加。如果它們的總和超過了工作記憶的負載量，就會使學習陷入瓶頸。借助認知負荷調控來影響學生的學習，其重心應該放在降低外在認知負荷或增加關聯認知負荷兩個方面，以確保學生有足夠認知資源來加工必要信息。

二、 課堂教學內容的呈現方式

（一） 樣例學習

樣例又稱為范例或具體例子，是一種能夠例說抽象事物具體表征的一種實在性實體。現行教材中“例題+（分析）+解答”實際上是一個原理方法型樣例或問題解決型樣例。由此可見，數學樣例學習是學生在數學學習過程中獲取認知技能，也是教師課堂教學所必要的手段，能有效地促進學生數學知識學習遷移。

（二） 圖式教學

康德曾說：“圖式是潛藏在人類心靈深處的一種技巧。”建構不同的圖式有利于學生在腦中形成具體結構和框架，有利于自動化水平地儲存和信息提取，這樣所占用的認知空間就會越少。

（三） 整合多種呈現方式（多媒體）

由于知識的串聯及復雜程度，再加上教學過程也存在較多的互動環節，單方向的呈現已無法滿足課堂教學的需求，對于認知負荷的降低也造成了較大的影響。因此，減少認知負荷的增加成為課堂教學策略的選擇之一。多種呈現方式相互交錯，利用圖片、文字、動畫、音頻等多種形式，增加工作記憶的閾值，從而降低認知負荷。

（四） 學生學習的個體差異

高效益的數學課堂教學，必須關注學生學習的個體差異，強調他們學習的規律與特點。對于先前知識水平較高的學生，則可以提供一些內容交互性大的復雜學習材料，幫助他們形成問題圖式，達到學習效益的最大化。這種根據學生學習的個體差異采取具體措施調節其認知負荷的策略，使每位學生實現最大程度發展。

三、 認知負荷理論與小學數學教育

認知負荷理論正在逐漸成為現代教育教學的重要理論依據。毋庸置疑，學生在學習過程中或多或少會產生一定的認知負荷，再加上教師所運用的教學策略考慮不周或者教學方法使用不當，那會使認知負荷干擾學生的學習，影響課堂學習效率。因此，在小學數學課堂教學中，應充分考慮認知負荷的降低措施，以便學生能運用有限的認知資源高效地學習。

（一） 優化教學語言

在課堂教學中，教師的教學語言也是認知負荷的原因之一。尤其在數學課堂中，教師會運用一定的數字及符號表達，抽象思維的認知加工會耗費大量認知資源。因此，教師要精心設計教學語言，語言表達盡量做到生動形象、清晰準確，把枯燥抽象的數學知識化為活潑生動的學習內容。

（二） 注重數學樣例教學

樣例教學是一種較為典型有效的教學模式，有效的教學模式能夠降低學生的認知負荷，達到學習效率提高的目的，并在頭腦中建構必要的知識結構，分析應該在何種時候運用規律、算理等方式，從而促進圖式的構建和自動化獲得的能力。例如：引導學生認識“米”時，可以指導他們分小組測量跳繩的長度、大門的高度、桌椅的長寬等。

（三） 科學設計教學課件

《義務教育數學課程標準（2011版）》中提到：教學中要注意教學手段多樣化與現代信息技術的關系。現代教育技術作為新時期新興的教育模式技術，不能就此替代傳統教學模式。在應用現代教育技術的同時，教師應注重課堂教學的課件設計制作，這樣有利于實現思維與教學過程同步，幫助學生更好地把握教學內容的知識脈絡。

四、 結語

本文根據認知負荷理論，從內在認知負荷、外在認知負荷以及相關認知負荷三個方面，探討了數學課堂教學過程中如何基于認知負荷的閾值限下進行有效教學，并結合案例進行了詳細的說明。理論的梳理與實踐的統一說明：在教學實踐中，數學課堂教學的設計合理化能夠在一定程度上減少認知超載，科學合理的課程教學才能提高學習的效率，實現課堂教學的有效性。

參考文獻：

[1] 唐劍嵐，喻平，周瑩.增加樣例學習中認知負荷的研究與思考[J].心理科學，2009，（3）：663-665.

[2] 張良，劉茜.新課程改革中簡單性思維的困頓及其超越[J].教育發展研究，2010，（24）：84-87.

[3] 龔德英，劉電芝，張大均.元認知監控活動對認知負荷和多媒體學習的影響[J].心理科學，2008，（4）：880-882.endprint